Фамилия Котофилька — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка было шутливым или ироничным. В ней нет ни отчества, ни указания на профессию в привычном смысле. Словообразовательная модель проста: суффикс -к- (уменьшительный или пренебрежительный) и окончание -а, типичное для украинских, белорусских и южнорусских фамилий. По сути, перед нами «маленький Котофил».

Самая правдоподобная версия происхождения — от прозвища Котофил, которое, в свою очередь, сложено из двух частей: «кот» и греческого «фил» (любящий). Буквально — «котолюб», «любитель кошек». В русских говорах такое прозвище могли дать человеку, который держал много котов, был к ним неравнодушен или даже внешне напоминал кота — мягкостью походки, усами, повадками. В отличие от фамилий, образованных от имён (Котов, Кошкин), здесь явно прослеживается индивидуальная характеристика, а не родство с животным.

Менее вероятно, но возможно, что «Котофилька» — это искажённая или народная переделка греческого имени типа Феофил (Боголюб), где первый слог переосмыслили под влиянием знакомого слова «кот». Такие случаи «народной этимологии» встречаются, но для фамилии Котофилька эта версия слабая: слишком прозрачна и устойчива основа «кото-».

Фамилия явно недворянская и нестарая (отсутствие суффиксов -ов/-ев, -ин, -ский указывает на позднее закрепление в крестьянской или мещанской среде, скорее всего, в XIX веке). Географически она тяготеет к Украине и югу России, где распространены фамилии на -ка: оттуда же, к примеру, Соловейко, Голубка. Носитель фамилии Котофилька, вероятно, был человеком с заметной чертой — любовью к кошкам, которую окружающие сочли достойной отдельного прозвища. Других данных об известных носителях или массовом бытовании фамилии нет.